Управление целостностью данных

Управление целостностью данных
Нарушение целостности данных может быть вызвано рядом причин:
сбои оборудования, физические воздействия или стихийные бедствия;
ошибки санкционированных пользователей или умышленные действия несанкционированных пользователей;
программные ошибки СУБД или ОС;
ошибки в прикладных программах;
совместное выполнение конфликтных запросов пользователей и др.
Максим А. Сопов

Null – значения
Null-значение – это не нулевое значение конкретного поля, а некоторый маркер, позволяющий определить что данное значение на конкретный момент времени не известно.
Максим А. Сопов

При появлении неизвестных или неполных данных разработчик имеет два варианта решения:
Не использовать Null-значения, а вместо него договориться об определенном значении поля, показывающем на данное свойство.
Проблема: не все данные равноправны, необходим дополнительный специальный код, отслеживающий такие ситуации.
Следствие – усложняется разработка и сопровождение приложений.
Максим А. Сопов

При появлении неизвестных или неполных данных разработчик имеет два варианта решения:
2. Использование Null-значений вместо неизвестных данных.
Проблема. Использование трехзначной логики при оперировании данными содержащими такие значения.
Следствие – аккуратное формулирование запросов.
Максим А. Сопов

Трехзначная логика
Т.к. Null – значение, обозначает неизвестное значение , то при проведении алгебраических операций (сложение, умножение, конкатенация строк и т.д.) должно давать так же неизвестное значение.
T – true
F – false
U – неизвестное значение
Максим А. Сопов

Максим А. Сопов
Парадокс 1. Null-значение не равно самому себе. Действительно, выражение null не равно null дает значение не ИСТИНА, а НЕИЗВЕСТНО. Значит выражение х не равно х не обязательно ИСТИНА!

Парадокс 2. Неверно также, что null-значение не равно самому себе! Действительно, выражение null не равно null также принимает значение не ИСТИНА, а НЕИЗВЕСТНО! Значит также, что и выражение х не равно х тоже не обязательно ЛОЖЬ!
Парадокс 3. а or not (a) не обязательно ИСТИНА. Значит, в трехзначной логике не работает принцип исключенного третьего (любое высказывание либо истинно, либо ложно).
Таких парадоксов получается достаточно много.
Максим А. Сопов

Первичные ключи
Свойством уникальности - в отношении не может быть двух различных кортежей, с одинаковым значением K.
Свойством не избыточности - никакое подмножество в K не обладает свойством уникальности.
Максим А. Сопов

Целостность сущностей
Т.к. первичные ключи фактически служат идентификаторами объектов предметной области (т.е. предназначены для различения объектов), то значения этих идентификаторов не могут содержать неизвестные значения. Действительно, если бы идентификаторы могли содержать null-значения, то мы не могли бы дать ответ "да" или "нет" на вопрос, совпадают или нет два идентификатора.
Правило целостности сущностей. Атрибуты, входящие в состав некоторого потенциального ключа не могут принимать null-значений.
Максим А. Сопов

Внешние ключи
Т.к. внешние ключи фактически служат ссылками на кортежи в другом (или в том же самом) отношении, то эти ссылки не должны указывать на несуществующие объекты. Это определяет следующее правило целостности внешних ключей:
Правило целостности внешних ключей. Внешние ключи не должны быть несогласованными, т.е. для каждого значения внешнего ключа должно существовать соответствующее значение первичного ключа в родительском отношении.
Максим А. Сопов

Операции, которые нарушают ссылочную целостность
Ссылочная целостность может нарушиться в результате операций, изменяющих состояние базы данных. Таких операций три:
вставка,
обновление
удаление кортежей в отношениях.
Т.к. в определении ссылочной целостности участвуют два отношения - родительское и дочернее, а в каждом из них возможны три операции - вставка, обновление, удаление, то нужно рассмотреть шесть различных вариантов.
Максим А. Сопов

Для родительского отношения
Вставка кортежа в родительском отношении.
При вставке кортежа в родительское отношение возникает новое значение первичного ключа. Т.к. допустимо существование кортежей в родительском отношении, на которые нет ссылок из дочернего отношения, то вставка кортежей в родительское отношение не нарушает ссылочной целостности.
Максим А. Сопов

Для родительского отношения
Обновление кортежа в родительском отношении.
При обновлении кортежа в родительском отношении может измениться значение первичного ключа. Если есть кортежи в дочернем отношении, ссылающиеся на обновляемый кортеж, то значения их внешних ключей станут некорректными. Обновление кортежа в родительском отношении может привести к нарушению ссылочной целостности, если это обновление затрагивает значение первичного ключа.
Максим А. Сопов

Для родительского отношения
Удаление кортежа в родительском отношении.
При удалении кортежа в родительском отношении удаляется значение первичного ключа. Если есть кортежи в дочернем отношении, ссылающиеся на удаляемый кортеж, то значения их внешних ключей станут некорректными. Удаление кортежей в родительском отношении может привести к нарушению ссылочной целостности.
Максим А. Сопов

Для дочернего отношения
Вставка кортежа в дочернее отношение.
Нельзя вставить кортеж в дочернее отношение, если вставляемое значение внешнего ключа некорректно. Вставка кортежа в дочернее отношение привести к нарушению ссылочной целостности.
Максим А. Сопов

Для дочернего отношения
Обновление кортежа в дочернем отношении.
При обновлении кортежа в дочернем отношении можно попытаться некорректно изменить значение внешнего ключа. Обновление кортежа в дочернем отношении может привести к нарушению ссылочной целостности.
Максим А. Сопов

Для дочернего отношения
Удаление кортежа в дочернем отношении.
При удалении кортежа в дочернем отношении ссылочная целостность не нарушается.
Максим А. Сопов

Нарушение ссылочной целостности
Основные 4 операции:
Обновление кортежа в родительском отношении.
Удаление кортежа в родительском отношении.
Вставка кортежа в дочернее отношение.
Обновление кортежа в дочернем отношении.
Максим А. Сопов

Стратегии поддержания ссылочной целостности
Существуют две основные стратегии поддержания ссылочной целостности:
RESTRICT (ОГРАНИЧИТЬ)
CASCADE (КАСКАДИРОВАТЬ)
Максим А. Сопов

RESTRICT (ОГРАНИЧИТЬ)
RESTRICT (ОГРАНИЧИТЬ) - не разрешать выполнение операции, приводящей к нарушению ссылочной целостности.
Это самая простая стратегия, требующая только проверки, имеются ли кортежи в дочернем отношении, связанные с некоторым кортежем в родительском отношении.
Максим А. Сопов

CASCADE (КАСКАДИРОВАТЬ)
CASCADE (КАСКАДИРОВАТЬ) - разрешить выполнение требуемой операции, но внести при этом необходимые поправки в других отношениях так, чтобы не допустить нарушения ссылочной целостности и сохранить все имеющиеся связи.
Изменение начинается в родительском отношении и каскадно выполняется в дочернем отношении.
Особенность. Если дочернее отношение само является родительским для некоторого третьего отношения, то может дополнительно потребоваться выполнение какой-либо стратегии и для этой связи и т.д. Если при этом какая-либо из каскадных операций (любого уровня) не может быть выполнена, то необходимо отказаться от первоначальной операции и вернуть базу данных в исходное состояние.
Максим А. Сопов

Дополнительные стратегии
SET NULL (УСТАНОВИТЬ В NULL) - разрешить выполнение требуемой операции, но все возникающие некорректные значения внешних ключей изменять на null-значения.
Недостатки.
требуется допустить использование null-значений.
кортежи дочернего отношения теряют всякую связь с кортежами родительского отношения. Установить, с каким кортежем родительского отношения были связаны измененные кортежи дочернего отношения, после выполнения операции уже нельзя.
Максим А. Сопов

Дополнительные стратегии
SET DEFAULT (УСТАНОВИТЬ ПО УМОЛЧАНИЮ) - разрешить выполнение требуемой операции, но все возникающие некорректные значения внешних ключей изменять на некоторое значение, принятое по умолчанию.
Достоинство: позволяет не пользоваться null-значеними. Недостатки:
В родительском отношении должен быть некий кортеж, первичные ключи которого приняты как значение по умолчанию для внешних ключей.
кортежи дочернего отношения теряют всякую связь с кортежами родительского отношения.
Максим А. Сопов